试析基于分光棱镜式的多光谱成像系统研究

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1、江西农业大学硕士学位论文基于分光棱镜式的多光谱成像系统研究姓名：邝先飞申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：刘木华201012摘要传统成像光谱仪器多以实验室仪器和专用仪器的形式出现，由于体积庞大、价格昂贵，而大大地限制了其应用范围。在许多应用领域，成像光谱仪器的尺寸的缩小比提高其分辨率更为重要。课题以分光棱镜多光谱成像仪为研究的目标，分析了成像光谱仪在设计上所存在的问题，通过几何光学光路的计算和优化，能够减少部分设计中存在的问题。提出了棱镜分光和窄带滤波器的配合方案，通过ZEMAX软件给出了设计的具体过程和优化参数，确保了光学成像系统的稳定性和实

2、效性。通过设计的光谱仪模型，借助于CCD传感器拍摄了几组桔子照片，通过图像处理软件MATLAB的处理，分析了在不同光谱下的图像，通过RYGB四色图像的对比，能够较好地区分水果的外观品质，光谱仪可以方便地使用在机器视觉中，减轻劳动力，提高效率。关键词：多光谱成像，光学检测，光学设计AbstractTraditionalimagingappearsmostinlaboratoryinstrumentsandspectralapparatus，duringtohugevolume，expensiveprice，thescopeofapplicationislim

3、itedmuchmore．Inmanyapplications，reducingthesizeofthespectralinstrumentimaghagismoreimportantthanimprovingtheresolution．Thepaperistostudytheprismspectrometerimaging，andanalysestheexistingproblemsindesigningspectrometer,andthroughthecalculationandoptimizationofgeometricalopticalpath

4、，wecanreducethisproblems．Thencomeup谢tlltheideaofcooperatingtheopticalprism、析tllthenarrowbandfilter,givingthedetailprocessandtheoptimizedparametersthroughtheZEMAXsoftware，ensurethestabilityandthepragmaticallyoftheopticalimagingsystems．Throughthedesigningofthemodel，byCCDsensorspectr

5、ometertookagroupofphotooranges，throughtheimageprocessingsoftwareMATLAB，thepaperanalysestheimagesindifferentspectrum．ThroughtheRYGBfour-colorimagecontrast,wecanidentifybesttheexteriorq砌ityoffruit．Thespectrometercanbeeasilyusedinmachine’Svisualsense，andincreaseefficiency．Keyword：Mul

6、ti-spectralimaging，Opticaldetection，OpticaldesignII第一章绪论1．1研究意义1．1．1成像光谱仪器概述成像光谱仪采用二维面阵可见光和红外探测器，同时获得目标影像和该影像上各像元的多光谱成分的高光谱分辨率遥感器。成像光谱仪器主要构造有光谱源、单色器、检测器、样品池、讯号处理及显示系统组成【1引。讯号处理及显示系统：讯号处理包括讯号放大、数学运算与转换等。显示系统包括电表显示、数字显示、荧光屏显示和结果打印等。检测器：将光信号转换成电信号的装置。可见光常用CCD或胶片，紫外．可见吸收常用光电池、光电管、光电倍增

7、管、光二极管阵检测器列检测器。单色器：将连续光按波长顺序色散，并从中分离出一定宽度的波带的装置。单色器一般由光栅或棱镜、狭缝、准直镜三部分组成。样品池：用来存留被测样品的装置。可见分子吸收常用玻璃池；红外分子吸收用岩盐材料制作的液体池、气体池、固体池；紫外分子吸收常用石英池。光谱源：提供稳定且强度大、发光面积小的线光谱或连续光谱的装置。常见的光谱源有：可见分子吸收分光光度计、紫外分子吸收分光光度计、红外分子吸收分光光度计和原子吸收分光光度计。1．1．2研究多光谱成像仪的意义研究多光谱成像仪的意义大致可以归纳为以下几点[4-7]：1．采样方式灵活，对于样品检

8、测和分析可以节约取样带来的损失；2．测试速率高，可设定多通道瞬间多